Luận văn Tối ưu hóa chế độ công nghệ hàn hồ quang tự động cho robot hàn AX-C

I wait) và "external start sleeted" thể hiện dƣới dạng các biểu tƣợng. Khi tình trạng kết thúc, biểu tƣợng bị xoá Về vận hành của các phím f: Có một số biểu tƣơng đã đƣợc ấn định cho vùng hiển thị của phím f. Sự cài đặt ban đầu của các biểu tƣợng có khác nhau tuỳ theo ứng dụng; thí dụ : hàn điện, hàn hồ quang, v.v. Nó cũng đƣợc chuyển đổi tuỳ theo phƣơng thức đã chọn hoặc các điều kiện vận hành. Sự cài đặt ban đầu của các phím f có khác nhau tuỳ thuộc sự ứng dụng. Để chọn chức năng đã đƣợc ấn định cho 1 biểu tƣợng, hãy ấn các phím f1 đến f12 tƣơng ứng nằm bên cạnh của biểu tƣợng. Các chức năng đƣợc chọn nhờ ấn các phím từ [f7] đến [f12] nằm bên cạnh các biểu tƣợng . Thí dụ, khi ấn phím [f4], File operationl đƣợc chọn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Hình 2.11 : Các phím chức năng Thông thƣờng, một chức năng sẽ đƣợc chọn bằng cách ấn một trong số các phím từ f1 đến f12 . Tuy nhiên, ở một vài trƣờng hợp, phím trên phải đƣợc ấn đồng thời với phím [ENABLE] <- Một biểu tƣợng với một hiển thị mạng lƣới có thể đƣợc chọn bằng cách ấn phím [ENABLE] Khi ấn phím [ENABLE], hiển thị thay đổi <- Một số biểu tƣợng chỉ có thể đƣợc hiển thị sau khi ấn phím [ENABLE], hình 2.12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 Hình 2.12: Một số biểu tƣợng chỉ hiển thị khi ấn phím [ENABLE] Khi dùng một bảng giảng dạy với các đặc tính kỹ thuật của panen phím, hãy chạm nhẹ vào các biểu tƣợng một cách trực tiếp, mà không ấn phím từ [f1] đến [f12] Nhập các ký tự: Phƣơng pháp áp dụng để nhập các ký tự đƣợc mô tả dƣới đây: hình 2.13 Chức năng của bàn phím mềm [1] Khi bàn phím mềm khởi động, các ký tự có thể đƣợc nhập vào, đƣợc thiết lập Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 Hình 2.13: Nhập ký tự Chọn các ký tự bằng cách sử dụng các phím phải, trái trên, dƣới rồi ấn phím [Enter] hoặc f11 Di chuyển con chạy trong vùng nhập ký tự : ấn phím phải hoặc trái đồng thời ân và đè phím [ENABLE]. Nhập một khoảng trống: Ấn phím f4 hoặc f10 Xoá 1 ký tự: Di chuyển con trỏ về bên phải của ký tự muốn xoá rồi ấn f5. Ký tự ở bên trái con trỏ lúc đó bị xoá. [2] Muốn ghi các ký tự đã đƣợc nhập, ấn phím f12 -> Các ký tự đƣợc ghi và thao tác trở lại màn hình ban đầu. Nhập các chữ cái của bộ ký tự hoặc ký hiệu đặc biệt . [1] Các ký hiệu chữ số và 1/2 bảng ký tự (symbol) có thể đƣợc nhập trong tình trạng khởi động ban đầu của bàn phím mềm . [2] Nhập các ký tự bằng cách tuân theo các bƣớc đã nêu ở trang trƣớc đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 2.2. Quá trình vận hành, thao tác ROBOT hàn AX - C: Để vận hành ROBOT hàn AX-C thì phải xây dựng chƣơng trình và kiểm tra, thay đổi chƣơng trình thành một dạng tối ƣu, sau đó chạy tự động chƣơng trình: Sau khi đã hoàn tất việc lập chƣơng trình, chạy tự động thực hiện. Khi chạy tự động thực hiện, chƣơng trình đã chọn đƣợc playback và lặp lại. Lập chƣơng trình (dạy) Chuẩn bị Ghi Thao tác kiểm tra Sửa đổi, thêm, xoá OK ? End Chạy tự động Bật nguồn điện, chọn chƣơng trình, v.v. (Teach hoặc playback mode) Thao tác bằng tay: ghi chƣơng trình, v.v. (Teach mode) Thao tác lại chƣơng trình... (Teach hoặc playback mode) Sửa đổi, thêm hoặc xoá các lệnh di chuyển. Ghi, sửa đổi hoặc xoá lệnh chức năng. (Teach mode) Chuẩn bị Chọn chƣơng trình Khởi động Chạy tự động Bật nguồn, khởi động các thiết bị ngoại vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 2.2.1. Lập trình cho ROBOT: Phƣơng pháp dạy để lập trình cho ROBOT là làm cho ROBOT chuyển động bằng cách sử dụng bảng dạy. Chỉ dẫn ROBOT tới nơi sẽ đƣợc ghi nhờ thao tác bằng tay. Thao tác bằng tay có một số các modes, kể cả mode trong đó mỗi trục của Robot vận hành một cách độc lập, và mode trong đó đầu ROBOT di chuyển theo đƣờng thẳng. Vận hành các trục một cách riêng rẽ nhƣ hình 2.6 Hình 2.6. Vận hành các trục một cách riêng rẽ (vận hành độc lập trục) Di chuyển đầu ROBOT theo một đƣờng thẳng hình 2.7 Hình 2.7. Di chuyển đầu ROBOT theo một đƣờng thẳng (vận hành toạ độ của ROBOT) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 ROBOT hỗ trợ các hệ bao gồm: Hệ dạy playback, "Hệ ngôn ngữ ROBOT " và "Hệ dạy off - line". Hệ dạy playback đƣợc mô tả: Lệnh Robot di chuyển tới các vị trí và trình tự số học của các vị trí đó xuất hiện trƣớc khi ROBOT di chuyển đến đƣợc thực hiện: - Chọn teach mode - Chọn số chƣơng trình sẽ đƣợc thực hiện - Ghi các vị trí vận hành một cách thứ tự, lần lƣợt, vị trí mà ROBOT sẽ đi tới và các tƣ thế của ROBOT * Di chuyển ROBOT về vị trí đã ghi và tƣ thế nhờ thao tác bằng tay * Nhấn phím ghi để ghi bƣớc * Nhấn liên tiếp phím này để ghi lại các bƣớc kế tiếp nhau. Ví dụ (hình 2.8 ): Hình 2.8: Ví dụ về các bƣớc di chuyển của ROBOT Ghi các lệnh chức năng tại các bƣớc phù hợp bằng cách: Ấn CLAMP/ARC-Các lệnh thƣờng dùng sẽ hiển thị ở các phím từ f1 đến f12. Chọn kiểu lệnh chuyển động: F7: Joint P - nội suy điểm F8: Line L - nội suy đƣờng thẳng F9: Circle C - nội suy vòng tròn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Cài đặt tốc độ, độ chính xác và những số liệu khác: Tốc độ: Là tốc độ cần có để ROBOT di chuyển tới vị trí đã ghi. Độ chính xác: Nói về mức độ mà đƣờng dẫn đạt đƣợc khi công cụ di chuyển, vì nó đi qua điểm đã ghi của mỗi bƣớc và mô tả một cung bên trong điểm đã ghi (mô tả hồ quang ở bên trong những điểm ấy). Có 8 mức độ chính xác từ A1 đến A8: Áp dụng khi hàn hồ quang: Khi một mức độ chính xác từ A1 đến A8 đƣợc xác định, tỉ lệ tốc độ trùng lặp thay đổi dần dần trong phạm vi từ 0 đến 100% (bảng dƣới) ngay cả khi mức độ chính xác giữ không đổi, đƣờng dẫn của ROBOT cũng bị thay đổi tốc độ ghi, tốc độ ghi càng cao hồ quang đƣợc mô tả càng nhiều hơn nữa. Các mức độ chính xác đạt đƣợc khi hàn hồ quang Mức độ chính xác Sai số lớn nhất A1 0% A2 5% A3 10% A4 15% A5 25% A6 50% A7 75% A8 100% Áp dụng khi hàn điểm: Với một độ chính xác từ A1 đến A8 đã đƣợc xác định lƣợng hồ quang bên trong thay đổi dần dần trong phạm vi từ 0 đến 100%: Các mức độ chính xác đạt đƣợc khi áp dụng phƣơng pháp hàn điểm Mức độ chính xác Sai số lớn nhất A1 0mm A2 5mm A3 10mm A4 25mm A5 50mm A6 100mm A7 200mm A8 500mm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Các thông số của từng bƣớc hiển thị trên thanh trạng thái: 1 - Hiển thị số thứ tự các bƣớc 2 - Hiển thị tốc độ đã cài đặt 3 - Hiển thị kiểu nội suy, JOINT, LINE, CIRCLE 4 - Hiển thị độ chính xác, A8 đối với Overlap Enable và A1 đối với Overlap Disable 5 - Hiển thị con số của dụng cụ. Tốc độ, độ chính xác, và kiểu nội suy đƣợc qui định và ghi một cách riêng rẽ bằng cách sử dụng các phím riêng biệt: Trong thanh trạng thái ghi các lệnh đã đƣợc chọn sẵn (hình vẽ ) Ấn đồng thời ENABLE và INTERP/COORD kiểu nội suy sẽ đƣợc chuyển đổi theo trình tự: JOINT, LIN, CIR,... Ấn SPD, xuất hiện màn hình Modify speed: Nhập con số % đối với tốc độ rồi ấn ENTER Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 Để chọn mức độ chính xác ấn ACC, độ chính xác sẽ thay đổi theo trình tự từ A1 đến A8. Nhấn O.WRITE/REC - Lúc này một bƣớc đã đƣợc ghi. Khi các lệnh chức năng đã đƣợc ghi, các tín hiệu có thể ra đến nguồn bên ngoài hoặc Robot có thể ở mode Stand by. Sử dụng các phím vận hành trục để di chuyển ROBOT tới bƣớc tiếp theo và cài đặt tƣơng tự. Ghi lệnh END (lệnh chức năng END) để kết thúc chƣơng trình. Kiểm tra chƣơng trình và thay đổi nếu thấy cần thiết ở bƣớc kết thúc di chuyển. Nhƣ vậy một chƣơng trình đã đƣợc lập. Để có thể vận hành mỏ hàn hoặc súng kẹp gắn vào khớp cổ tay của Robot hoặc các tín hiệu đã nhận đƣợc dùng để kiểm tra công việc, các lệnh chức năng (chức năng) đã đƣợc ghi lại tại các vị trí phù hợp trong chƣơng trình. Hơn nữa, để thực hiện công việc phức tạp, có thể gọi các chƣơng trình khác hoặc tuỳ theo tình trạng của các tín hiệu bên ngoài, vận hành có thể nhảy sang các chƣơng trình khác. Những chƣơng trình đó cũng đƣợc ghi nhƣ là các lệnh chức năng. Các lệnh chức năng điển hình: Các lệnh chức năng đƣợc hiển thị bằng cách sử dụng một format dựa trên ngôn ngữ SLIM (ngôn ngữ tiêu chuẩn dùng cho các tay máy công nghiệp). Đó là một ngôn ngữ của ROBOT. Đồng thời, các lệnh chức năng có thể đƣợc xác định bằng cách sử dụng Format FN***, trong đó con số từ 1 đến 3 chữ số đƣợc nhập vào phần *** đƣợc gọi là con số chức năng. Một vài lệnh chức năng điển hình đƣợc liệt kê dƣới đây: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 Các lệnh chức năng điển hình Lệnh chức năng (SLIM) Số của chức năng Đề mục Mô tả của chức năng SET FN32 Tín hiệu ra ON Tín hiệu ra đã xác định đƣợc đƣa về ON RESET FN34 Tín hiệu ra OFF Tín hiệu ra đã xác định đƣợc đƣa về OFF DELAY FN50 Hẹn giờ Vận hành ở chế độ chờ trong một thời gian nhất định CALLP FN80 Gọi chƣơng trình Gọi một chƣơng trình đã đƣợc chỉ định CALLP1 FN81 Gọi có điều kiện chƣơng trình Khi tín hiệu đƣợc chỉ định là ON, một chƣơng trình khác đƣợc gọi END FN92 END Việc thực hiện chƣơng trình kết thúc Thí dụ về dạy: Đối với trƣờng hợp của ví dụ dạy nêu trên, ROBOT vận hành theo cách dƣới đây: (1) Sau khi ROBOT đã di chuyển về vị trí ở bƣớc 2 Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Step 6 Step 7 Step 8 Step 9 END (F) DELAY [2] RESET [1] DELAY [1] (FN50) SET [1] (FN32) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 Bƣớc 3: DELAY [1] (FN50).... Vận hành ở chế độ chờ trong khoảng 1 giây Bƣớc 4: SET [1] (FN32).... Tín hiệu ra cổng "1" đƣợc đặt về ON (2) Sau khi ROBOT di chuyển về bƣớc 5 Bƣớc 6: DELAY [2] (FN50).... Vận hành ở chế độ chờ trong khoảng 2 giây Bƣớc 7: RESET [1] (FN34).... Tín hiệu ra cổng "1" đƣợc đặt về OFF 2.2.2. Chạy tự động: Khi chế độ Playback sắp sửa khởi động, từ bảng dạy ta có thể chỉ định tại bất cứ bƣớc nào (khi chƣơng trình vừa mới đƣợc chọn, bƣớc 0 sẽ đƣợc chỉ định một cách tự động) Khi một bƣớc không phải là bƣớc 0 đƣợc chọn, ROBOT di chuyển từ vị trí hiện tại đến vị trí ứng với bƣớc khởi động đã chỉ định ở tốc độ an toàn(dƣới 250mm/s) Các bƣớc dƣới đây đƣợc thực hiện một cách tự động để chạy chƣơng trình đã lập. Chọn phƣơng thức playback: Một trong số các phƣơng pháp playback sau đây có thể đƣợc chọn: Bƣớc : Chƣơng trình đƣợc thực hiện theo từng bƣớc Chu kỳ: Chƣơng trình đƣợc thực hiện một lần, từ lúc khởi động đến lúc kết thúc Liên tục: Chƣơng trình đƣợc thực hiện một cách liên tục. Playback theo "chu kỳ" hoặc "từng bƣớc" đƣợc chọn để kiểm tra những gì đã đƣợc dạy hoặc để thực hiện một cuộc chạy thử để chạy tự động, chƣơng trình có thể ngừng theo từng bƣớc ở các mode . Playback "liên tục" đƣợc áp dụng đối với các vận hành hiện tại. Thực hiện với playback: Robot khởi động để di chuyển từ vị trí hiện tại của nó đến bƣớc 1 Với playback 1 lần ( chu kỳ) ROBOT di chuyển từ vị trí hiện tại, về đến bƣớc 1 rồi đến các bƣớc kế tiếp và chuyển động của nó kết thúc với bƣớc cuối cùng. Đối với lần thứ hai và các lần kế tiếp: ROBOT di chuyển từ bƣớc 1 rồi các bƣớc tiếp theo và chuyển động của nó kết thúc với bƣớc cuối cùng. Ví dụ chu kỳ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 của ROBOT(hình 2-9): Hình 2.9: Chu kỳ của ROBOT 2.3. Phƣơng pháp tính toán chế độ hàn cho ROBOT hàn AX-C ROBOT hàn AX-C sử dụng phƣơng pháp hàn hồ quang tự động trong môi trƣờng khí bảo vệ, xác định chế độ hàn cho ROBOT hàn AX-C theo bảng đƣợc cho trong hƣớng dẫn sử dụng máy [9] nhƣ sau: Đƣờng kính dây hàn d(mm) I (A) U (V) Vđc (m/h) V (m/h) 0,8 150 - 250 26 - 28 60 - 900 6 - 32 1,0 150 - 350 17 - 28 60 - 900 6 - 36 1,2 200 - 350 28 - 30 100 - 900 16 - 48 1,6 150 - 350 28 - 30 100 - 528 18 - 60 2,0 160 - 350 28 - 30 100 - 528 10 - 60 2,4 150 - 350 30 -32 128 - 450 14 - 66 Chính vì vậy, vấn đề tối ƣu chế độ hàn cho ROBOT hàn AX-C nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng là yêu cầu hết sức cấp thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 CHƢƠNG III TỐI ƢU CHẾ ĐỘ HÀN CHO ROBOT HÀN AX-C 3.1. Cơ sở lý thuyết tối ƣu hóa chế độ hàn 3.1.1. Sự tạo thành mối hàn và các nhân tố ảnh hưởng đến sự tạo thành mối hàn: Khi hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trƣờng khí bảo vệ thì nhiệt lƣợng sinh ra của hồ quang đƣợc phân bố theo bảng 3.1 Bảng 3.1: Sự phân bố nhiệt khi hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ: 20% vào môi trƣờng (+0,5% bắn tóe) = 100% công suất nhiệt của hồ quang 26% giọt kim loại(-0,5% bắn tóe) = 80% công suất nhiệt hiệu dụng của hồ quang 24% hơi kim loại dây hàn 30,5% kim loại cơ bản Kim loại hình thành mối hàn chủ yếu là do kim loại ở điện cực nóng chảy dịch chuyển vào vũng hàn. Việc hiểu qui luật dịch chuyển của kim loại điện cực qua hồ quang vào vũng hàn có ý nghĩa thực tiễn lớn vì đặc trƣng dịch chuyển kim loại quyết định các đặc trƣng công nghệ của hồ quang, nhƣ độ ổn định, cân bằng nhiệt và các phản ứng luyện kim trong vùng hàn. Những yếu tố đó quyết định kích thƣớc và hình dạng mối hàn. Dịch chuyển của kim loại điện cực vào vũng hàn xảy ra dƣới dạng các giọt kim loại và hơi kim loại. Sự hình thành các giọt kim loại khi hàn chịu tác động của những lực: trọng lực, sức căng bề mặt, động năng của dòng khí, lực điện từ, phản lực của hơi kim loại và áp lực phân ly. Dạng dịch chuyển phụ thuộc vào mối tƣơng quan giữa các đại lƣợng đó và quyết định khả năng hàn ở các tƣ thế khác nhau. Các yếu tố đảm bảo cho sự dịch chuyển kim loại từ dây hàn vào vũng hàn là: - Lực điện từ: Lực điện từ xuất hiện do có từ trƣờng xung quanh dây dẫn khi dòng điện chạy qua dây. Các lực này có tác dụng ép lên dây dẫn, cũng nhƣ lên giọt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 kim loại hình thành ở đầu điện cực. Sự ép này của từ trƣờng tạo thành một cổ nối ở đầu điện cực và có xu hƣớng bứt giọt kim loại khỏi điện cực để di chuyển vào vũng hàn. Cùng với sức căng bề mặt, lực điện từ tạo nên thành phần lực hƣớng trục, quyết định sự tạo thành hình dáng giọt kim loại điện cực và dịch chuyển nó vào vũng hàn. Khi mức độ nung chảy điện cực đủ lớn, giọt kim loại ở đầu điện cực đủ lớn đạt tới thể tích cho phép cân bằng trọng lƣợng với sức căng bề mặt của nó, khiến nó rời khỏi điện cực, đi vào vũng hàn. - Trọng lực của giọt kim loại: Trọng lực của giọt hƣớng nó theo chiều thẳng đứng xuống phía dƣới. Nó làm cho giọt kim loại dịch chuyển qua hồ quang khi hàn sấp, nhƣng cản lại dịch chuyển của giọt khi hàn ở các tƣ thế khác. Đối với đƣờng kính dây hàn cụ thể, trọng lực chỉ có ý nghĩa thực tế khi dòng hàn tƣơng đối nhỏ. I tăng làm giảm vai trò của trọng lực đối với sự hình thành các giọt kim loại lỏng, nhƣng tác dụng của lực điện từ lai tăng. Vì vậy, theo mức độ tăng của I kích thƣớc giọt kim loại giảm và đặc trƣng dịch chuyển kim loại chuyển từ giọt lớn sang giọt nhỏ và tia. - Ảnh hưởng của sức căng bề mặt: sức căng bề mặt hình thành do lực kéo giữa các phân tử. Nó có xu hƣớng làm cho giọt kim loại nóng chảy ở đầu điện cực có dạng hình cầu. Kích thƣớc của giọt càng lớn thì sức căng bề mặt của nó càng lớn. Giọt kim loại này khi đến vũng hàn sẽ bị sức căng bề mặt của vũng hàn kéo vào. Sức căng bề mặt của các kim loại khác nhau đƣợc thể hiện theo hệ số sức căng bề mặt  nhƣ bảng 3.2: Bảng 3.2: Hệ số sức căng bề mặt của các kim loại khác nhau Kim loại Mg Al Zn Cu Fe Ti Mo W Thép 18-8 0,02%N2 Thép 18- 8 0,23%N2 [N/m] 0,65 0,90 0,77 1,15 1,22 1,51 2,25 2,68 1,10 2,50 Sức căng bề mặt giảm khi nhiệt độ tăng. Khi tác động với khí, sức căng bề mặt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 của kim loại cũng thay đổi. Nitơ làm tăng và Oxi làm giảm giá trị sức căng bề mặt. Có thể giảm kích thƣớc các giọt kim trong loại hồ quang hàn bằng cách đƣa vào không gian hồ quang các nguyên tố có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của kim loại. Sức căng bề mặt cũng giữ cho kim loại lỏng của vũng hàn không chảy ra ngoài khi hàn ở các tƣ thế khác nhau với hàn sấp. - Sự phân bố không đều cường độ điện trường: Do mật độ dòng điện trong điện cực lớn hơn nhiều so với trong vật hàn, cƣờng độ điện trƣờng tại vùng điện cực lớn hơn nhiều so với tại vùng vũng hàn. Do đó hình thành một lực dọc hƣớng từ phía có cƣờng độ điện trƣờng cao đến phía thấp. Lực này làm cho giọt kim loại dịch chuyển về phía vật hàn. - Áp lực bên trong và phản lực của khí phân li: Khi hàn trong môi trƣờng khí bảo vệ, các phản ứng phân ly tạo thành khí CO, N có thể tích lớn hơn nhiều so với thể tích giọt kim loại nóng chảy. Tác động tức thời này của khí, kim loại nóng chảy bị bứt khỏi điện cực, bị chia nhỏ thành các giọt và di chuyển vào vũng hàn. Chế độ dịch chuyển kim loại vào vũng hàn đƣợc chia làm bốn loại: + Dịch chuyển ngắn mạch: Dịch chuyển ngắn mạch xảy ra ở chế độ hàn có mức năng lƣợng thấp. Kim loại dịch chuyển hoàn toàn từ điện cực vào vũng hàn khi điện cực (dây hàn) tiếp xúc với bề mặt vũng hàn, tạo ra sự ngắn mạch tức thời (hình 3.1 a và b). Sau đó mật độ dòng điện hàn tăng làm cho hồ quang hình thành. Chu kỳ này lặp lại với tần số 50  250Hz. Với chế độ dịch chuyển này, đặc tính của nguồn điện hàn sẽ điều chỉnh mối quan hệ giữa việc hành thành gián đoạn hồ quang và sự ngắn mạch. Do năng lƣợng nhiệt thấp, chiều sâu chảy nhỏ, cần chú ý bảo đảm hàn đủ ngấu khi hàn các tấm dày. Tuy nhiên, với chế độ dịch chuyển này, có thể hàn ở mọi tƣ thế. Dạng dịch chuyển này đặc biến thích hợp cho hàn các tấm mỏng. Khi chiều dày tấm vƣợt quá giá trị 3 mm. Có thể xảy ra hiện tƣợng hàn không ngấu hết chiều dày tấm. Đặc điểm của dịch chuyển ngắn mạch là sự nung nóng kim loại cơ bản mang tính tập trung, diện tích bề mặt kim loại nóng chảy tƣơng đối nhỏ và kim loại vũng hàn chịu đƣợc tác động của các xung lực của hồ quang nhờ có sức căng bề mặt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Trong dịch chuyển ngắn mạch, do cƣờng độ dòng hàn và khoảng cách giữa đầu điện cực và vật hàn đều không lớn nên giọt kim loại không kịp lớn tới kích thƣớc đầy đủ và bị dính vào vũng hàn. Giọt kim loại tách hoàn toàn khỏi đầu điện cực nhờ vào lực điện từ tại phần tiết diện điện cực giữa pha lỏng và pha rắn. Dƣới tác động của hiệu ứng Pinch sẽ hình thành "cổ nối" mà sau đó bị nổ đứt ra khỏi đầu điện cực. Khi đó sẽ có xung lực và xung nhiệt tác động lên vũng hàn. Tính ổn định của quá trình tạo dáng mối hàn phụ thuộc nhiều vào tần suất và công suất của các xung nhiệt. Khi các điều kiện khác không đổi, công suất này phụ thuộc vào đƣờng kính dây hàn, đặc tính tĩnh và đặc tính động của nguồn điện hàn. Khi tăng đƣờng kính điện cực, hồ quang sẽ trở nên "cứng" hơn, tức là dịch chuyển kim loại gắn liền với các xung lực và xung nhiệt lớn và bắn tóe mạnh. Vì vậy mà khi hàn tấm mỏng ở chế độ ngắn mạch, ngƣời ta thƣờng dùng các dây hàn có đƣờng kính nhỏ từ 0,5  1 ,2mm. Hình 3.1: Sơ đồ dịch chuyển ngắn mạch + Dịch chuyển giọt lớn: Đây là trƣờng hợp đặc trƣng cho hàn trong CO2 và helium thuần túy. Kim loại dịch chuyển trong hồ quang dƣới dạng các giọt lớn, có kích thƣớc không đều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 (lớn hơn đƣờng kính điện cực 2  4 lần) và không theo một trật tự nào (hình 3.2). Điều này gây nên bắn tóe đáng kể. Trong trƣờng hợp hàn trong môi trƣờng CO2, có thể giảm thiểu bắn toé khi hàn bằng kỹ thuật hồ quang nhúng (cho đầu điện cực nóng chảy nằm bên dƣới bề mặt kim loại nóng chảy của vũng hàn, bên trong một vết lõm do lực của hồ quang tạo nên). Về bản chất, hồ quang của CO2 thƣờng không ổn định và gây tiếng kêu. So với dạng dịch chuyển tia dọc trục, bề mặt mối hàn thồ hơn và có dạng gợn sóng. Vì phần lớn năng lƣợng của hồ quang hƣớng xuống phía dƣới, chiều sâu chảy lớn hơn so với dạng dịch chuyển tia dọc trục. Khí hàn bằng dòng điện lớn và sử dụng kỹ thuật hồ quang nhúng, hồ quang có độ ổn định tƣơng đối cao. Dịch chuyển tia dọc trục và dịch chuyển giọt lớn thƣờng đi liền với công suất cao của hồ quang (trừ trƣờng hợp dịch chuyển tia dọc trục có sử dụng đƣờng kính dây hàn rất nhỏ) và thƣờng chỉ dùng cho hàn sấp và hàn ngang khi chiều dày tấm từ 3 mm trở lên. + Dịch chuyển tia dọc trục: Việc tăng cƣờng độ dòng điện hàn sẽ làm tăng lực điện từ và làm giảm kích thƣớc giọt kim loại. Tại trị số nhất định của dòng điện hàn, gọi là dòng tới hạn, đặc trƣng dịch chuyển của kim loại điện cực vào vũng hàn chuyển từ giọt sang tia (còn gọi là dịch chuyển phun). Cơ chế dịch chuyển tia dọc trục có thể đƣợc giải thích nhƣ sau. Do hiệu ứng Pinch, trong kim loại nóng chảy ở đầu điện cực hình thành áp lực hƣớng tâm tăng dần từ ngoài vào trong. Ở trị số cƣờng độ dòng lớn, kim loại nóng chảy bị ép vào vũng hồ quang, đồng thời bị kéo dài ra và có dạng hình côn, xem hình 3.3. Tiết diện ngang của cột kim loại lỏng này giảm dần tới giá trị khi mà áp lực do sức căng bề mặt tạo ra cân bằng với áp lực thủy tĩnh do hiệu ứng Pinch tạo ra.Cùng với tác động của lƣợng kim loại nóng chảy tiếp Hình 3.2: Sơ đồ dịch chuyển giọt lớn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 tục hình thành và tách khỏi đầu điện cực. Cƣờng độ dòng tới hạn Ik (còn gọi là dòng ngƣỡng) đƣợc coi là trị số mà tại đó tỷ lệ đƣờng kính tối thiêu của tia và đƣờng kính của điện cực bằng giá trị 0,7. Trên cơ sở cân bằng áp lực tại điểm A (hình 3.4),có thể bịểu diễn trị số của dòng tới hạn theo công thức: Ik = 32,7 d (3-1) trong đó  là hệ số sức căng bể mặt của kim loại điện cực [dyn/cm], và d là đƣờng kính điện cực [cm]. Ngoài ra, khi dòng điện hàn đi qua tầm với điện cực, nhiệt sinh ra làm thay đồi gradient nhiệt độ vũng nóng chảy của điện cực. Vì vậy khi thay đổi tầm với điện cực, trị số dòng tới hạn cũng thay đổi, tuy không nhiều. Dịch chuyển tia dọc trục là trƣờng hợp tiêu bịểu cho khí bảo vệ giàu argon (tối thiểu 80% Ar). Với loại dịch chuyển này, hình 3.4, kim loại điện cực đi vào vũng hàn dƣới dạng các giọt có đƣờng kính nhỏ hơn hoặc bằng đƣờng kính điện cực. Các giọt nhỏ này đi thẳng theo hƣớng trục điện cực vào vũng hàn. Hồ quang rất êm và ổn định. Độ bắn tóe nhỏ và hệ số chảy cao. Năng lƣợng của hồ quang đƣợc phân bố theo hình nón. Chiều sâu chảy lớn hơn so với hàn hồ quang tay, nhƣng nhỏ hơn so với loại dịch chuyển giọt lớn. Hình 3.3: Sơ đồ hình thành giọt kim loại ở đầu điện cực với dịch chuyển tia dọc trục Hình 3.4: Sơ đồ dịch chuyển giọt lớn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 + Dịch chuyến dạng xung. Có hai cơ chế dịch chuyển của loại điện cực vào vũng hàn dƣới dạng xung là dịch chuyển dạng xung tia dọc trục và dịch chuyển dạng xung ngắn mạch. Dịch chuyển dạng xung tia dọc trục (gọi tắt là dịch chuyển dạng xung tia) là một dạng dịch chuyển cho phép hàn ở mọi tƣ thế mà vẫn dùng năng lƣợng đƣờng cao hơn so với dạng dịch chuyển ngắn mạch. Khi hàn, mạch điện hàn lƣuôn ở chế độ cung cấp dòng cơ bản (không đủ để tạo nên dịch chuyển kim loại, nhƣng đủ duy trì hồ quang) và tại các khoảng thời gian đều nhất định (vài mili giây), nguồn điện hàn đƣợc thiết kế đặc biến sẽ tạo xung bổ sung vào, để tạo dịch chuyển kim loại có khống chế vào vũng hàn dƣới dạng tia. Các giọt kim loại dịch chuyển cũng nhỏ tƣơng tự nhƣ ở chế độ dịch chuyển dạng tia. Lý tƣởng nhất là mỗi xung tạo ra một giọt kim loại. Quá trình này có ƣu điểm của dịch chuyển dạng tia, nhƣng vũng hàn không hoàn toàn có tính chảy loãng cao, tạo điều kiện khống chế vũng hàn khi hàn các vật dày. Dịch chuyển dạng xung cải thiện việc khống chế và hình thành vũng hàn, giảm tiêu thụ năng lƣợng và tăng tốc độ hàn. Khi hàn xung, ngƣời ta thƣờng sử dụng các tần số 25; 33,3; 50 và 100 Hz. Tỷ lệ dòng xung với dòng cơ bản là 3:1 với tần số 50 Hz. Khí bảo vệ thƣờng là hỗn hợp Ar với 10% CO2. Hàn xung thích hợp cho hàn các kết cấu tấm mỏng ở mọi tƣ thế hàn khác nhau, hoặc các kim loại có tính dẫn nhiệt cao. Sau đây là một số ƣu điểm của hàn xung:  Có thể hàn ở mọi tƣ thế khi hàn bằng xung tia,  So với hàn bằng dạng dịch chuyển ngắn mạch, tốc độ hàn tăng hơn 35%.  Có thể tinh chỉnh dạng sóng của hồ quang,  Lƣợng bắn tóe giảm đáng kể so với hàn ở chế độ ngắn mạch,  Biến dạng đƣợc giảm thiểu so với hàn ở chế độ dịch chuyển tia không có xung.  Hình dạng mối hàn tốt hơn so với khi không dùng xung,  Khi đặt đúng chế độ, ít có khói hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Ngoài dịch chuyển xung dạng tia (hồ quang dài), còn có thể có dịch chuyển xung dạng ngắn mạch (hồ quang ngắn), xem hình 3.5. Hình 3.5: Sơ đồ dịch chuyển xung tia và xung ngắn mạch Khi hàn bằng xun